Una nueva tecnología separa CO2 en mezclas gaseosas

Esta solución, con base en membranas cerámicas compuestas, augura una mayor eficiencia que las hoy en día disponibles con igual finalidad. El estudio estuvo a cargo de científicos de Brasil y de Portugal

Por Elton Alisson  |  Agência FAPESP – La demanda de nuevas tecnologías de captura y almacenamiento de dióxido de carbono (CO₂) ha venido aumentado debido a la preocupación cada vez mayor tendiente a disminuir los impactos climáticos que provoca el aumento de la concentración del referido gas de efecto invernadero en la atmósfera.

Una tecnología desarrollada por investigadores del Centro de Ciencia y Tecnología de Materiales del Instituto de Investigaciones Energéticas y Nucleares (Ipen), en Brasil, en colaboración con colegas de la Universidad de Aveiro, de Portugal, se basa en el empleo de membranas cerámicas compuestas (elaboradas mediante la combinación de materiales distintos). Y augura ser más eficiente que las soluciones actualmente disponibles para separar CO₂ en mezclas gaseosas.

Este proyecto se lleva adelante en el marco del Centro de Desarrollo de Materiales Funcionales (CDMF), un Centro de Investigación, Innovación y Difusión (CEPID) apoyado por la FAPESP.

“Esencialmente, lo que hemos intentado es desarrollar un sistema con el cual se pueda separar el CO₂ de mezclas gaseosas, tal como el humo que sale de las chimeneas de las industrias y que emite dióxido de carbono como contaminante, por ejemplo, lo que puede ser producto de la quema de un combustible tal como el gas natural”, dijo Fernando Manuel Bico Marques, docente del Departamento de Ingeniería de Materiales y Cerámica de la Universidad de Aveiro y uno de los investigadores participantes en el proyecto, en declaraciones a Agência FAPESP.

De acuerdo con Bico Marques –quien se encuentra en Brasil para desarrollar parte de la investigación en el Ipen con una ayuda de la FAPESP–, las tecnologías disponibles para la separación de CO₂ se basan en el uso de solventes para absorción, de adsorbentes sólidos (superficies de adherencia de moléculas de un fluido) tales como separadores sólidos y membranas.

Entre esas tecnologías, las membranas electroquímicas de separación han despuntado como una alternativa prometedora con esa finalidad, pues, entre otras ventajas, consumen menos energía y puede escalonárselas.

Con todo, el problema de las membranas de separación existentes actualmente –compuestas por materiales inorgánicos, orgánicos (tales como polímeros) o la combinación de esos dos tipos de materiales–, reside en que no logran seleccionar totalmente CO₂ en mezclas gaseosas y operar a altas temperaturas, superiores a los 400 °C, por ejemplo.

“No resulta trivial separar CO₂ en una mezcla gaseosa como la proveniente de la quema del gas natural, cuya temperatura puede llegar a los 1.000 °C, y que además de CO₂ también tiene monóxido de carbono, óxidos de azufre, vapor de agua y una serie de otras moléculas de distintos tamaños”, dijo Bico Marques.

“Por este motivo, los sistemas de membrana de separación deben poseer una alta selectividad y ser capaces de operar a altas temperaturas”, afirmó.

Con el fin de superar estas barreras, los investigadores pretenden desarrollar membranas compuestas para la separación selectiva de CO₂ a altas temperaturas mediante la combinación de electrolitos (soluciones que permiten el paso de electrones) de pilas de combustible a base de óxido de cerio y carbonatos alcalinos fundidos.

En este sistema, basado en fenómenos electroquímicos, los electrolitos a base de óxido de cerio ejercen la función de conductores de iones óxido, en tanto que los de carbonatos alcalinos fundidos cumplen el papel de conductores de iones carbonatos.

Al atravesar la membrana cerámica, las moléculas de CO₂ presentes en una mezcla gaseosa se combinan con los iones óxidos y forman CO₃^2- (iones carbonatos).

Los iones carbonatos son transportados por los carbonatos alcalinos fundidos a lo largo de la membrana hasta el lado opuesto, donde se descomponen y liberan CO₂.

Los iones óxidos regresan entonces a sus posiciones de origen en la membrana para combinarse con nuevas moléculas de CO₂ y reiniciar un nuevo ciclo del proceso de separación del compuesto de mezclas gaseosas.

“El gran reto para la producción de esas membranas de separación selectiva de CO₂ a altas temperaturas consiste en combinar esos dos materiales –óxidos de cerio y carbonatos alcalinos fundidos– en una microestructura compuesta adecuada, de manera tal de asegurar que el sistema tenga el máximo de eficiencia”, explicó Bico Marques.

Aplicación industrial

Según el investigador, la demostración del concepto de las membranas cerámicas compuestas para la separación selectiva de CO₂ ya se ha concretado. Ahora lo que se pretende es mejorar los niveles de eficiencia de este sistema con el fin de que se torne interesante para aplicaciones industriales.

“En el área de membranas, la referencia de un sistema con alta eficiencia en la separación de CO₂ es de un mililitro por centímetro cuadrado por minuto. Y ya hemos llegado aproximadamente al 60% de esa cifra”, dijo.

El costo de esta tecnología en comparación con las existentes podrá ser sumamente competitivo, en razón de que los materiales que se utilizan para su elaboración –los óxidos sólidos y los carbonatos fundidos– son sumamente conocidos y de amplio empleo, estima Bico Marques.

Los carbonatos son muy baratos y la cantidad de óxido de cerio utilizada es pequeña. “Además del bajo costo de los materiales empleados, este sistema puede funcionar durante muchos años sin necesidad de mantenimiento”, dijo el investigador.